“嫦娥1”号卫星的有效载荷要求控制在140千克以下，因此探测仪器要做得小、轻而且精。一般说来，立体影像是由2台或者3台相机从不同的角度拍摄而成，如日本的“月亮女神”月球探测器就是用2台相机从前后两个视角观测月球表面。而“嫦娥1”号卫星的相机设计很巧妙，只用了1台相机。其巧妙之处在于，利用一片面阵CCD组成了这台相机的电子“底片”，在卫星飞行过程中每次只取CCD面阵中的前、中、后3行像素的信号，相机在随卫星的飞行的过程中，对月球表面进行“逐行扫描”，就会获得星下点、前视17度、后视17度三个视角形成的三幅二维原始图像数据，经过三维重构后，月球表面三维立体影像就被再现出来。
激光高度计完全是自主创新的探测仪器，分辨率较高，CCD相机只能在月球表面有光照的情况下获取月表图像，而激光高度计则不受这个限制，在月球背阳面也能照常工作。当探测获得的点积累得足够多时，一张包括月球南北极的全月球的地表数字立体图像就出炉了。
探测月球资源
月球上有很多元素对地球人类的将来是非常有用的，通过探测可以了解，哪些东西是可能对地球人类有价值，这些东西有多少，哪里比较富集等。美国利用1998年发射的月球“勘探者”探测器，探测过5种元素（铁、钛、铀、钍、钾）在全月球上的分布。而“嫦娥1”号探月卫星要做14种元素的全月球分布探测。这样，我们就能更清楚地知道月球上的资源有哪些，以及这些资源的分布情况。
γ射线仪工作示意图“嫦娥1”号探测月球资源是利用干涉成像光谱仪、γ射线谱仪和X射线谱仪3项探测仪器完成的。
月球表面物质的原子受到宇宙射线粒子的轰击后，会激发出各具特征的X射线和γ射线。一些天然放射性元素不用宇宙射线的激发，自身就能发射X射线或γ射线。通过γ射线谱仪测量γ谱线的能量和通量，专家可以推导出月球表面元素的种类和蕴含程度。
但X射线谱仪和γ射线谱仪只能探测月球表面含有的元素，并不知道这些元素形成了哪些矿物质，这项任务由干涉成像光谱仪来完成。由于不同的矿物质能吸收不同的光波，干涉成像光谱仪就根据这个特征判断岩石的种类。
探测月球土壤层厚度
地球上的石油、天然气、煤炭等能源迟早要耗尽，人类渴望获得一种新的能源。氦-3是可控核聚变发电的重要燃料，据估算只需要100多吨氦-3，就能满足全世界1年的用电量。地球上的氦-3资源严重匮乏，而在月球上的资源却很丰富。通过探测全月球月壤层的厚度，可反演出月球氦-3的资源量和分布。
微波探测仪工作示意图为了探测月球土壤的厚度和氦-3的资源储量，“嫦娥1”号上搭载了一台微波探测仪，用以实施对月面细致深入的探测，对探测发回的数据进行反演和解析，从而估算出全月球的土壤厚度。
任何温度高于绝对零度（即-273摄氏度）的物体都会产生微波辐射能量。利用不同频率的微波信号穿透月球表面物质的能力区别，便可获取月壤的厚度信息。“嫦娥1”号卫星上的微波探测仪被设计成多频微波辐射计，选择的探测频率有30吉赫、78吉赫、1935吉赫和370吉赫。微波的频率越高，其穿透能力越低，如370吉赫，反映的仅仅是月球的表面微波辐射，而30吉赫这个波段穿透能力较强，能反映月表深处月岩和月壤辐射的能量。利用测得的月表不同波段的微波辐射能量信息，专家就能分析出月壤的厚度。
土壤不如岩石那样坚硬，比较松散，也便于加工成各种形状的建筑材料，也容易提取其中的各种资源。因此，月球上土壤厚度的估算，对以后选择在哪个地区建立月球基地也十分重要。
探测地月空间环境
这是我国首次探测距离地球38万千米范围内的日、地、月空间环境，是一项重要的基础性的工作。通过探测太阳宇宙线高能带电粒子和太阳风等离子体，其探测结果能够获得空间环境变化的主要参数，提供相关的日、地、月空间环境信息，研究太阳风和月球以及磁尾和月球的相互作用，对深入认识这些空间物理现象对地球空间以及对月球空间的影响有深远的科学及工程意义。“嫦娥1”号采用搭载的太阳高能粒子探测器和太阳风离子探测器对地月空间环境进行探测。
弥漫于太阳系的太阳风示意图宇宙充满了各种射线，太阳每时每刻都在向外发射高能粒子、太阳风。地球由于有一层厚厚的大气层环绕在周围，地球上的万物生灵的脆弱生命才得以延续。地球外围的太阳风，在地球磁场的作用下完全变形，所以，科学家在地球上测到的太阳风都受到了地球环境的影响。月球虽然绕地球运转，但受地球磁场的影响极弱，那里直接受太阳风的冲击。从月球探测的长远目标来看，人最终要在月球上开展活动，摸清月球上辐射的情况，有利于采取有效措施保护航天员的生命和身体健康。
知识点激光高度计
激光高度计指利用激光测量卫星距地面高度的仪器。激光高度计的主要工作方式是利用计算发射和接收到激光的时间差来进行距离的测量。它以其高精确度、高分辨率和很好的独立性而得到科学家和工程师们的青睐，并被广泛地应用于遥感、航空航天等领域。
来自月球的信息
把探测信息传回地球
时地把探测信息传回地球，是通过“嫦娥1”号卫星上有效载荷数据管理系统实现的。
有效载荷数据管理系统，是卫星上整个有效载荷的管理和控制中心，担负着有效载荷探测的数据采集、数据存储和数据传输的任务。通过有效载荷数据管理分系统将光学成像系统、激光高度计、γ/X射线谱仪、微波探测仪、空间环境探测设备等有效载荷有机地集成到一起。
在“嫦娥1”号处于地面站接收范围以外时，有效载荷数据管理系统所收集和接收的上述数据和参数存储于大容量存储器里；当“嫦娥1”号处于地面站接收范围内时，存储器中的数据与实时收集、地面应用系统数据接收示意图
接收的数据，立即传输提供星上数据发射机，然后发送给地球。“嫦娥1”号卫星的数据传输天线有2个，一个叫定向天线，它的指定方就是地球；另一个叫全向天线，是没有固定指向的天线。
由于“嫦娥1”号卫星工作在38万千米之外，因此无线电信号的衰减量大，传输的时间延迟长，地面能够接收到数据的地域覆盖率低。现有的卫星地面接收天线和信道设备都是针对人造地球卫星建立的，无法直接用于完成“嫦娥1”号卫星的数据接收任务。因此，需要大口径天线和特殊的接收设备。为了能够接收从遥远的“嫦娥1”号卫星上传来的数据，我国建设了2座国内最先进的深空探测地面站：北京密云50米天线地面站和云南昆明40米天线地面站。两个大天线像两只巨大的天眼，注意着“嫦娥1”号的一举一动，把从“嫦娥1”号传送来的所有信息接收下来。
通过天线接收下来的信息，是一些二进制的数据，所以要进行数据的预先处理，把这些二进制数据转换成能够被广大科学家使用的图像、谱线等数据，即按照预先设定的程序自动生产出合格的数据产品。但这些产品还不能成为公众所能理解的成果，需要对这些数据产品进行“深加工”，加工成能够很直观地反映月球表面各种特征的图件，例如月球影像图、岩石类型分布图等。
公布探测成果
2007年11月26日，国家航天局公布了“嫦娥1”号拍摄的第一张月球图像，该图像是位于月球东经83度到东经57度，南纬70度到南纬54度，宽280千米，长460千米月面的图像。
“嫦娥1”号卫星自2007年10月24日发射到2008年11月，已完成一年的在轨运行和探测任务，获得了大量科学探测数据，科研人员利用星载CCD立体相机获取的探测数据，制作完成了我国首幅全月球影像图。这幅来自中国月境真实影像，由“嫦娥1”号卫星拍摄的589轨图像数据处理完成，覆盖了月球从西经180度到东经180度，南北纬90度之间的范围，这是目前世界上已公布的最为清晰、完整的月球影像图。在完成第一幅全月球影像图的基础上，用轨道参数和控制点制作全月球三维图的工作也正在开展之中。
中间的探月工程分为3期完成，突破“绕、落、回”三大关键技术。
2008年11月12日，国家国防科技工业局在北京举办了绕月探测工程全月球影像图发布与科学数据交接仪式。“嫦娥1”号获得的第一批科学探测数据，正式向有关科研单位和高等院校移交，而这幅珍贵的全月球影像图，入藏国家博物馆。
“嫦娥工程”的未来
“嫦娥1”号月球探测卫星可以拍照到南北纬75度，比美国的多5度。它将利用一个耗能极小的激光高度计配合CCD立体相机来拍摄月球的三维立体图像。有了月图，就能精细划分月球表面的基本构造和单元地貌，为日后中国月面着陆探测器在月球上软着陆选址提供基础资料。
“嫦娥工程”的第二期“落月工程”示意图“嫦娥工程”的第二期“落月工程”预计在2012年发射月球软着陆器，软着陆器将携带月球车，在月球表面选择新区降落，进行月面巡视勘察，并开展月基天文观测，为月球基地的选择提供基础数据。
三期工程要实现探测器在月面采集样品，并将样品带回地球进行分析研究，深化对地月系统的起源与演化的认识，获取更详尽的月球信息。第三阶段将从2017年开始，在这个阶段，将有机器人被送到月球上，从月球表面带回物质样品。
由于无人的空间天文观测只能依靠事先设计的观测模式自动进行，非常被动，如果在月球表面上建立月基天文台，就能化被动为主动，大大提高观测精度。“阿波罗16”号登月时宇航员在月面上拍摄的大麦哲伦星云照片表明，月面是理想的天文观测场所。建立月基天文台具有以下优点：
月球上具有高度真空、低重力的特殊环境；
月球为天文望远镜提供了一个稳定、坚固和巨大的观测平台，在月球上观测只需极简单的跟踪系统；
月震活动与地震活动相比，月震要少得多，这一点对于在月面上建立几十千米至数百千米的长基线射电、光学和红外干涉系统是很有利的；
月球表面上的重力只有地球表面重力的1／6，这会给天文台的建造带来方便。另外，在地球上所有影响天文观测的因素，比如大气折射、散射和吸收、无线电干扰等，在月球上均不存在。
美国、欧洲和日本都计划在未来的几年内再次登月并在月球上建立永久居住区，可以预料，人类在月球上建立永久性基地后，建立月基天文台是必然的。
“嫦娥工程”的第二期“落月工程”的月球探测卫星将利用一个能耗极小的激光高度计配合CCD立体相机来拍摄月球的三维立体图像。有了月图，就能精细划分月球表面的基本构造和地貌单元，为日后中国月面着陆探测器在月球上软着陆选址提供基础资料。
“嫦娥工程”的第二期“落月工程”预计在2012年发射月球软着陆器，进行月面巡视勘察，并开展月基天文观测，为月球基地的选择提基础数据。在“落月工程”中，我国将使用空间光学望远镜、紫外相机、低频射电设备等在月球上进行天文观测，以探寻太阳系外行星。
“嫦娥工程”的三期工程，要实现探测器在月面采集样品，并将样品带回地球进行分析研究，深化对地月系统的起源与演化的认识，获取更详尽的月球信息。